基于msp430的智能家居模擬系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

劉旭

[摘 要]本文介紹了基于msp430的智能家居模擬系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。該系統(tǒng)系統(tǒng)以MSP430f149 單片機(jī)為系統(tǒng)核心部件，光敏電阻作為開(kāi)關(guān)，控制一個(gè)5V的直流電機(jī)，通過(guò)電機(jī)的正轉(zhuǎn)以及反轉(zhuǎn)來(lái)模擬窗簾的拉開(kāi)或是合上，溫濕度傳感器檢測(cè)實(shí)時(shí)的溫度和濕度，液晶顯示時(shí)間日期和室內(nèi)的溫濕度。系統(tǒng)具有易于實(shí)現(xiàn)、采集精度高、低成本、實(shí)用性強(qiáng)、可靠性高等特點(diǎn)。

[關(guān)鍵詞]智能家居；溫濕度；光敏電阻；msp430

中圖分類(lèi)號(hào)：TP273.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）03-0136-02

1 引言

目前，隨著時(shí)代的發(fā)展和社會(huì)的不斷進(jìn)步，以及人們物質(zhì)生活水平的提高，對(duì)家居生活環(huán)境的要求也越來(lái)越高，由此就誕生了一個(gè)新興的家裝領(lǐng)域，即智能家居系統(tǒng)。智能家居系統(tǒng)不僅優(yōu)化了人們的生活方式和居住環(huán)境，而且方便人們有效地安排時(shí)間和節(jié)約各種能源。本文利用MSP430F149 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)了對(duì)智能家居的控制和管理的模擬，該系統(tǒng)具有以下功能和特點(diǎn)：

1、通過(guò)光敏電阻來(lái)感測(cè)外界光線，通過(guò)直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)窗簾的拉開(kāi)與合上，當(dāng)光強(qiáng)強(qiáng)時(shí)（表示此時(shí)為白天）窗簾拉開(kāi)（即電機(jī)正轉(zhuǎn)），當(dāng)光強(qiáng)弱時(shí)（表示此時(shí)是夜晚）窗簾合上（即電機(jī)反轉(zhuǎn)）；

2、能通過(guò)溫濕度傳感器DHT11檢測(cè)室內(nèi)的溫濕度；設(shè)定一溫度范圍，當(dāng)實(shí)時(shí)的溫度低于設(shè)定溫度的最低限度時(shí)，空調(diào)開(kāi)始制熱（用LED燈來(lái)表示），當(dāng)實(shí)時(shí)的溫度高于設(shè)定溫度的最高限度時(shí)，空調(diào)開(kāi)始制冷（用LED燈來(lái)表示）。

3、LCD12864液晶顯示當(dāng)前日期、時(shí)間、溫度和濕度。

4、具有鬧鐘時(shí)間手動(dòng)輸入設(shè)置、溫度范圍手動(dòng)設(shè)置。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用的主控制單元是美國(guó)TI公司開(kāi)發(fā)的16 位超低功耗，高性能微處理器MSP430F149， 與電機(jī)模塊、光控模塊、液晶顯示模塊、溫濕度采集模塊、按鍵輸入模塊、時(shí)鐘模塊等外圍電路一起構(gòu)成了基于MSP430智能家居模擬系統(tǒng)。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

2.1 MSP430F149控制器

MSP 430 F149單片機(jī)是TI 公司推出的功能強(qiáng)大的超低功耗、具有精簡(jiǎn)指令集（RISC）的16 位混合信號(hào)處理器（Mixed Signal Processor）。該單片機(jī)具有統(tǒng)一的中斷管理、豐富的片上外圍模塊、片內(nèi)有精密硬件乘法器、兩個(gè)16 位定時(shí)器、一個(gè)8 路的12 位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、6 路P 口、兩路USART 通信端口、一個(gè)比較器、一個(gè)DCO 內(nèi)部振蕩器和兩個(gè)外部時(shí)鐘。MSP430F149芯片使用LQFP64封裝，管腳分布圖如下圖2所示：

2.2 LCD12864顯示模塊

12864C-1 是一種具有4 位/8 位并行、2 線或3 線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國(guó)標(biāo)一級(jí)、二級(jí)簡(jiǎn)體中文字庫(kù)的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為128×64， 內(nèi)置8192 個(gè)16*16 點(diǎn)漢字，和128 個(gè)16*8 點(diǎn)ASCII 字符集.利用該模塊靈活的接口方式和簡(jiǎn)單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面?？梢燥@示8×4 行16×16 點(diǎn)陣的漢字.也可完成圖形顯示.低電壓低功耗是其又一顯著特點(diǎn)。

LCD12864液晶屏主要由單片機(jī)MSP430F149的P4及P5部分IO口來(lái)控制，如圖3所示：

其中RS、RW、EC 分別為寄存器選擇、讀寫(xiě)信號(hào)、使能信號(hào)，為與其他模塊共用的管

腳，分別與單片機(jī)P55、P56、P57 相連接。AD0～AD7 為并行數(shù)據(jù)信號(hào)線，分別與P40-P47相連接，PSB 和/RST 分別為并/串選擇和液晶復(fù)位管腳，分別接P50 和P51。

2.3 溫濕度DHT11模塊

DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。該傳感器包括一個(gè)NTC測(cè)溫元件和一個(gè)電阻式測(cè)濕元件，且應(yīng)用專(zhuān)用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。該傳感器主要性能指標(biāo)和引腳說(shuō)明如表1、表2所示：

溫濕度傳感器DHT11主要由單片機(jī)MSP430F149的IO口P5.3來(lái)控制，如圖4所示：

其中DATA為串行接口（單總線），與單片機(jī)MSP430F149的IO口P5.3相連接。

2.4 時(shí)鐘模塊

DS1302 實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片是美國(guó)DALLAS 公司推出的具有涓細(xì)電流充電能力的低功耗實(shí)時(shí)時(shí)鐘，它可以對(duì)年、月、日、周日、時(shí)、分、秒信息進(jìn)行計(jì)時(shí)，且具有閏年補(bǔ)償?shù)榷喾N功

能，主要特點(diǎn)是采用串行數(shù)據(jù)傳輸，采用普通32.768kHz 晶振，工作電壓為2.5V～5.5V，

DS1302 內(nèi)部有一個(gè)31×8 的用于臨時(shí)性存放數(shù)據(jù)的RAM 寄存器。

采用I/O 口與DS1302 連接，通過(guò)MSP430F149 單片機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)內(nèi)部數(shù)據(jù)的讀取，使用電池供電功能的電池座。DS1302 硬件連接原理如下圖5 所示.

DS1302 采用串行數(shù)據(jù)傳輸，SCLK 控制線、IO 口線、REST 口線分別與P65、P66、P67相連接。

控制DS1302 的基本讀寫(xiě)通過(guò)函數(shù)的方式，讀寫(xiě)函數(shù)按照其對(duì)應(yīng)的讀寫(xiě)模式時(shí)序來(lái)實(shí)現(xiàn)，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)了備用電池供電，因此，DS1302 在掉電以后將可以繼續(xù)運(yùn)行，在程序中，需要對(duì)DS1302 的數(shù)據(jù)進(jìn)行初始化，設(shè)置初始的年月日及時(shí)間等信息，設(shè)置完后，DS1302 將運(yùn)行，主程序讀取其數(shù)據(jù)再顯示在LCD12864液晶上即可。

2.5 電機(jī)模塊

電機(jī)模塊采用的L9110S芯片是為控制和驅(qū)動(dòng)電機(jī)設(shè)計(jì)的兩通道推挽式功率放大專(zhuān)用集成電路器件，將分立？電路集成在單？片IC之中，使外圍器件成？本降低，整機(jī)可靠性提高。該芯片？有兩個(gè)？TTL/CMOS？？兼容電平的輸入，具有良好的抗干擾性；兩個(gè)輸出端能直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)的？正反向運(yùn)動(dòng)及剎車(chē)，它具有較大的電流驅(qū)動(dòng)能力，每通道能通過(guò)750～800mA的持續(xù)電？流，峰值電流能力可達(dá)1.5～2.0A；同時(shí)它具有較低的輸出飽和壓降；內(nèi)置的鉗位二極管能？釋放感性負(fù)載的反向沖擊電流，使它在驅(qū)動(dòng)？繼電器、直？流電？機(jī)、步進(jìn)電機(jī)或？開(kāi)關(guān)功率？管的使用上安全可靠。電機(jī)模塊原理圖如圖6所示：

此模塊能同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩路獨(dú)立的直流電機(jī)，其中JP1、JP2 即與直流電機(jī)的接口，直流電機(jī)可以直接插到JP1或JP2的1、2口，J1的2～6為直流電機(jī)控制口，連接到MSP430F149單片機(jī)的P21～P24 口，微控制器輸出10或01到J1的3和5，或者J1的4和6，可以分別控制連接JP1的直流電機(jī)，或者JP2的直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)。輸出00或者11，可以控制電機(jī)的停止。

2.6 光控模塊

光控模塊能檢測(cè)周?chē)h(huán)境的亮度、光強(qiáng)；輸出狀態(tài)靈敏度可調(diào)；輸出形式為數(shù)字開(kāi)關(guān)量輸出（0和1）和模擬量電壓輸出；采用LM393芯片作為比較器，工作穩(wěn)定；帶電源指示燈（紅色）和數(shù)字開(kāi)關(guān)量輸出指示燈（綠色）。光控模塊原理圖如圖7所示：

其中，J1的2口為開(kāi)關(guān)數(shù)字量輸出接口（0和1），在環(huán)境光強(qiáng)達(dá)不到設(shè)定閥值時(shí)，J1的2口輸出高（1）電平，當(dāng)環(huán)境光強(qiáng)超過(guò)設(shè)定閥值時(shí)，J1的2口輸出低（0）電平。輸出接口J1的2口與MSP430F149單片機(jī)P61口連接，通過(guò)單片機(jī)來(lái)檢測(cè)高低電平變化，由此來(lái)檢測(cè)環(huán)境的亮度變化。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)軟件采用C 語(yǔ)言編程，采用IAR EW430軟件編程環(huán)境。IAR EW 是瑞典IAR System 公司推出的一種非常有效的嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具，它使用戶(hù)能夠充分有效地開(kāi)發(fā)并管理嵌入式應(yīng)用項(xiàng)目，其界面類(lèi)似于MS？Visual？C++，可以在Windows平臺(tái)上運(yùn)行，功能十分完善，IAR 適用于開(kāi)發(fā)基于8 位，16位以及32 位的處理器的嵌入式系統(tǒng)。

基于MSP430智能家居模擬系統(tǒng)主程序主要由LCD液晶顯示子程序、溫濕度采集子程序、時(shí)鐘子程序、電機(jī)控制子程序和光控子程序組成，主程序流程圖如圖8所示：

4 結(jié)論

隨著人們物質(zhì)生活水平的提高，對(duì)家居生活的品質(zhì)要求也越來(lái)越高，家居的智能化必將成為未來(lái)家居裝飾潮流發(fā)展的新方向。本文作者提出基于MSP430F149單片機(jī)的控制系統(tǒng)， 實(shí)現(xiàn)智能家居的控制和管理的模擬。

參考文獻(xiàn)

[1] 沈建華.MSP430系列16位超低功耗單片機(jī)原理與應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2004.

[2] 張永德，衛(wèi)軍峰，高安邦. 基于DSP 智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J] .微計(jì)算機(jī)信息.2008

[3] 顏麗娜，王順忠，張鐵民. 基于DHT11溫濕度測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]. 海南師范大學(xué)學(xué)報(bào)，2013

[4] 廣州奧松電子有限公司. 數(shù)字溫濕度傳感器DHT11 說(shuō)明書(shū)[M]， 2009.

[5] 洪耀球，李香泉，王冬霞. 基于s3c2440 的模擬智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J] .微計(jì)算機(jī)信息.2011

[6] 趙海蘭，朱劍，趙祥偉. DS1302實(shí)時(shí)顯示時(shí)間的原理與應(yīng)用[J].電子技術(shù)，2004（1）